一种基于双重负反馈控制的双向恒流源装置

摘要

本发明的一种基于双重负反馈控制的双向恒流源装置属于电子技术的技术领域，其结构有前面板(10)、电流设置模块(1)、输出控制模块(5)、功率输出模块(6)和第一反馈模块(7)；其特征在于，结构还有减法器模块(2)、PID模块(3)、限流设置模块(4)、第二反馈模块(8)和显示驱动模块(9)。本发明采用双重负反馈结构，具有输出电流稳定高、安全性高、使用场合广泛等特点，有限流设置功能，还可实现输出电流双向调节。

主权项

一种基于双重负反馈控制的双向恒流源装置，结构有前面板(10)、电流设置模块(1)、输出控制模块(5)、功率输出模块(6)和第一反馈模块(7)；其特征在于，结构还有减法器模块(2)、PID模块(3)、限流设置模块(4)、第二反馈模块(8)和显示驱动模块(9)；电流设置模块(1)的输出端和第二反馈模块(8)的输出端与减法器模块(2)的输入端相连，减法器模块(2)的输出端接PID模块(3)的输入端，PID模块(3)的输出端接限流设置模块(4)的输入端，限流设置模块(4)的一个输出端接输出控制模块(5)的控制输入端，第一反馈模块(7)的输出端接输出控制模块(5)的反馈输入端，输出控制模块(5)的输出端接功率输出模块(6)的输入端，功率输出模块(6)的反馈输出端同时接第一反馈模块(7)的输入端和第二反馈模块(8)的输入端，限流设置模块(4)的另两个输出端和第一反馈模块(7)的输出端分别接开关SW1的三个选择端，开关SW1的公共端接显示驱动模块(9)的输入端，显示驱动模块(9)的输出端通过二芯接口JP5接前面板(10)上的数字电压表头(103)的信号输入端；所述的电流设置模块(1)的结构为：电阻R1的一端接电源VCC，另一端接稳压二极管D1的阴极和3芯接口JP1的3脚，稳压二极管D1的阳极接地，电阻R2的一端接电源VEE，另一端接稳压二极管D2的阳极和3芯接口JP1的1脚，稳压二极管D2的阴极接地，3芯接口JP1的2脚接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接运放U1A的同相输入端，运放U1A的反相输入端接电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R4的另一端接地，电阻R5的另一端接运放U1A的输出端，运放U1A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U1A的输出端作为电流设置模块(1)的输出端，记为端口M1_OUT，接减法器模块(2)的端口M2_IN1；所述的减法器模块(2)的结构为：电阻R6的一端作为减法器模块(2)的一个输入端，记为端口M2_IN2，运放U1B的反相输入端接电阻R6的另一端和电阻R9的一端，电阻R9的另一端接运放U1B的输出端，电阻R7的一端作为减法器模块(2)的另一个输入端，记为端口M2_IN1，运放U1B的同相输入端接电阻R7的另一端和电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地，运放U1B的输出端作为减法器模块(2)的输出端，记为端口M2_OUT，接PID模块(3)的端口M3_IN；所述的PID模块(3)的结构为：电阻R10的一端、电阻R17的一端和电阻R14的一端接在一起，作为PID模块(3)的输入端，记为端口M3_IN，电阻R10的另一端接滑动变阻器W1的一端，滑动变阻器W1的另一端和滑线端共同接运放U2A的反相输入端，运放U2A的反相输入端和输出端之间接电阻R11，电阻R12的一端接地，另一端接运放U2A的同相输入端，运放U2A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U2A的输出端接电阻R13的一端，运放U2B的反相输入端接电阻R14的另一端和电容C1的一端，电容C1的另一端接运放U2B的输出端，电阻R15的一端接地，另一端接运放U2B的同相输入端，运放U2B的输出端接电阻R16的一端，电阻R17的另一端接电容C2的一端，运放U3A的反相输入端接电容C2的另一端和电阻R18的一端和电容C3的一端，电容C3的另一端和电阻R18的另一端接运放U3A的输出端，电阻R19的一端接地，另一端接运放U3A的同相输入端，运放U3A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U3A的输出端接电阻R20的一端，电阻R13的另一端、电阻R16的另一端和电阻R20的另一端共同接运放U3B的反相输入端，电阻R21的一端接运放U3B的反相输入端，另一端接运放U3B的输出端，电阻R22的一端接运放U3B的同相输入端，另一端接地，运放U3B的输出端作为PID模块(3)的输出端，记为端口M3_OUT，接限流设置模块(4)的端口M4_IN；所述的限流设置模块(4)的结构为：电阻R29的一端接电源VCC，另一端接3芯接口JP2的3脚，3芯接口JP2的1脚接地，2脚接电阻R24的一端，并作为限流设置模块(4)的第二个输出端，记为端口M4_OUT2，运放U4B的同相输入端接电阻R24的另一端，反相输入端和输出端之间接电阻R23，输出端接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极接运放U5B的同相输入端，电阻R30的一端接电源VEE，另一端接3芯接口JP3的3脚，3芯接口JP3的1脚接地，2脚接电阻R26的一端，并作为限流设置模块(4)的第三个输出端，记为端口M4_OUT3，运放U4A的同相输入端接电阻R26的另一端，反相输入端和输出端之间接电阻R25，输出端接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极接运放U5B的同相输入端，运放U4A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U5B的反相输入端和输出端之间接电阻R28，电阻R27的一端接运放U5B的同相输入端，另一端作为限流设置模块(4)的输入端，记为端口M4_IN，运放U5B的输出端作为限流设置模块(4)的第一个输出端，记为端口M4_OUT1，接输出控制模块(5)的端口M5_IN；所述的输出控制模块(5)的结构为：运放U5A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，反相输入端和输出端之间接电容C4，输出端接电容C5的一端和电阻R31的一端，电容C5的另一端接地，电阻R31的另一端接运放U6B的反相输入端，运放U6B的同相输入端接地，反相输入端和输出端之间接电阻R32，输出端接电容C6的一端，电容C6的另一端接地，运放U5A的同相输入端作为输出控制模块(5)的控制输入端，记为端口M5_IN，运放U5A的反相输入端作为输出控制模块(5)的反馈输入端，记为端口F_IN，运放U5A的输出端作为输出控制模块(5)的一个输出端，记为端口M5_OUT1，接功率输出模块(6)的端口M6_IN1，运放U6B的输出端作为输出控制模块(5)的另一个输出端，记为端口M5_OUT2，接功率输出模块(6)的端口M6_IN2；所述的功率输出模块(6)的结构为：电阻R33的一端作为功率输出模块(6)的一个输入端，记为端口M6_IN1，电阻R34的一端作为功率输出模块(6)的另一个输入端，记为端口M6_IN2，电阻R33的另一端接达林顿管Q1的基极和达林顿管Q2的基极，达林顿管Q1的集电极接电源VCC，发射极接达林顿管Q2的发射极，达林顿管Q2的集电极接电源VEE，电阻R34的另一端接达林顿管Q3的基极和达林顿管Q4的基极，达林顿管Q3的集电极接电源VCC，发射极接达林顿管Q4的发射极，达林顿管Q4的集电极接电源VEE，所述的达林顿管Q1和达林顿管Q3是NPN型的，达林顿管Q2和达林顿管Q4是PNP型的，取样电阻Rs的一端接达林顿管Q1的发射极，并作为功率输出模块(6)的一个反馈输出端，记为端口M6_OUT1，接第一反馈模块(7)的端口M7_IN1和第二反馈模块(8)的端口M8_IN1，取样电阻Rs的另一端接2芯接口JP4的1脚，并作为功率输出模块(6)的另一个反馈输出端，记为端口M6_OUT2，接第一反馈模块(7)的端口M7_IN2和第二反馈模块(8)的端口M8_IN2，达林顿管Q3的发射极和达林顿管Q4的发射极共同接2芯接口JP4的2脚；所述的第一反馈模块(7)的结构为：运放U6A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，同相输入端接电阻R37的一端和电阻R38的一端，反相输入端接电阻R35的一端，反相输入端和输出端之间接电阻R36，电阻R38的另一端接地，电阻R37的另一端作为第一反馈模块(7)的一个输入端，记为端口M7_IN1，电阻R35的另一端作为第一反馈模块(7)的另一个输入端，记为端口M7_IN2，运放U6A的输出端作为第一反馈模块(7)的输出端，记为端口M7_OUT，接输出控制模块(5)的端口F_IN；所述的第二反馈模块(8)的结构为：运放U7B的反相输入端和输出端之间接电阻R43，反相输入端还接电阻R39的一端和电阻R42的一端，电阻R42的另一端接运放U7A的输出端，电阻R39的另一端接运放U7A的反相输入端和电阻R41的一端，电阻R41的另一端接地，运放U7A的反相输入端和输出端之间接电阻R40，运放U7A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U7B的同相输入端和运放U7A的同相输入端作为第二反馈模块(8)的两个输入端，分别记为端口M8_IN1和端口M8_IN2，运放U7B的输出端作为第二反馈模块(8)的输出端，记为端口M8_OUT，接减法器模块(2)的端口M2_IN2；所述的显示驱动模块(9)的结构为：电阻R44的一端作为显示驱动模块(9)的输入端，记为端口M9_IN，电阻R44的另一端接运放U8A的同相输入端，运放U8A的反相输入端和输出端之间接电阻R45，运放U8A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，输出端接电阻R46的一端，电阻R46的另一端接运放U8B的反相输入端，运放U8B的同相输入端接电阻R47的一端，反相输入端和输出端之间接电阻R48，电阻R47的另一端接地，运放U8B的输出端接电阻R49的一端，电阻R49的另一端接滑动变阻器W2的一端，滑动变阻器W2的另一端和滑线端共同接运放U9A的反相输入端，运放U9A的反相输入端和输出端之间接电阻R51，同相输入端接电阻R50的一端，电阻R50的另一端接地，运放U9A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，输出端接2芯接口JP5的1脚，2芯接口JP5的2脚接地，电阻R52的一端接地，另一端记为端口LED_OUT；所述的前面板(10)的结构包括：显示选择(101)、电源开关(102)、数字表头(103)、上限电流(104)、下限电流(105)、输出电流(106)、上限设置(107)、下限设置(108)、输出设置(109)和电流输出(100)；所述的显示选择(101)是一个双刀三掷开关，它包含的两组开关分别记为开关SW1和开关SW2，开关SW1的公共端接显示驱动模块(9)的端口M9_IN，三个选择端分别接限流设置模块(4)的端口M4_OUT2、端口M4_OUT3和第一反馈模块(7)的端口M7_OUT，所述的电源开关(102)是整个装置的电源总开关，所述的数字表头(103)是一个4位半的数字电压表，其信号输入端的正负极分别接显示驱动模块(9)中的2芯接口JP5的1脚和2脚，所述的上限电流(104)、下限电流(105)和输出电流(106)是三个发光二极管，它们的阳极共同接电源VCC，阴极分别接所述的显示选择(101)所包含的开关SW2的三个选择端，开关SW2的公共端接显示驱动模块(9)的端口LED_OUT，所述的上限设置(107)、下限设置(108)和输出设置(109)是三个阻值均为20kΩ的旋钮式滑动变阻器，分别和限流设置模块(4)中的3芯接口JP2、三芯接口JP3以及电流设置模块(1)中的三芯接口JP1相连，连接方式均为各滑动变阻器的两端分别和各三芯接口的1脚、3脚相连，滑线端和2脚相连，所述的电流输出(100)是一个两相的接口，正、负相分别和功率输出模块(6)中的2芯接口JP4的1脚、2脚相连。